基于CAN总线的模块化独立光伏发电控制系统

级小(标志符小)的数据帧将会被优先发送；当优先级相同时，源地址小的数据帧将会被优先发送。源地址和目的地址各占4位，定义0为全网广播地址，最多可以有15个节点，可以满足目前光伏发电控制系统的要求。帧类型定义了数据包中该数据帧的位置，可分为单症起始症中间帧和结束郑帧序号定义了数据包中帧的序号，从0开始计算。协议中，将数据包的第一个字节作为命令字。

3 充电控制策略

对于独立的光伏充电系统，蓄电池用于储存光伏组件产生的电能。当负载工作时，蓄电池为负载提供电能。蓄电池性能的优劣和工作的稳定性直接影响到系统的运行情况，关系到整个系统的可靠程度。一旦蓄电池失效，将造成大的系统损失。如果能够正确使用和维护蓄电池，就能够延长其使用寿命。蓄电池寿命主要受以下两个因素的影响：

(1)环境温度。温度过高，会使电池过充电，产生气体；温度过低，会使电池充电不足。因此，需要根据当前蓄电池温度，对所设定的充电电压进行温度补偿。

(2)充电控制方法。充电方式不当，容易使蓄电池析出气体、容量减少、工作寿命缩短。过放和过充都会对蓄电池的寿命造成很大影响。在光伏充电控制系统中，管理模块根据当前系统状态，控制充电模块进行充电。加入了温度补偿算法，可有效降低温度对蓄电池寿命的影响。常用的充电方法有恒流充电、恒压充电、三阶段充电等。恒流充电在充电后期容易析出气体，影响蓄电池的质量和寿命；恒压充电在充电前期同样会析出气体；三阶段充电方法，则避免了恒压、恒流充电时析气的缺点，且效率较高，故比较适合独立光伏发电系统。但是，独立光伏发电系统存在供电不足的问题，容易使蓄电池长时间处于欠充状态。为进一步延长蓄电池使用寿命，采用了一种优化的三阶段充电法。蓄电池三阶段充电法充电曲线如图4所示。

图4 蓄电池三阶段充电法曲线

由图4可知，第一阶段采用恒流充电，将电池容量充到90％；第二阶段是浮充充电，将电池容量充到100％。停止充电；第三阶段是补充的均衡充电。当检测到蓄电池电压低于设定的恢复均衡电压阈值时，设定充电目标电压为均衡电压，达到设定的均衡时长后，转入第二阶段的浮充充电。

新型模块化光伏充电控制系统的具体实施方案如下：为提高充电效率，当蓄电池电压与充满电压差距较大时，管理模块每隔10s发送命令，让一个充电模块投入充电(充电PWM占空比为100％)；当蓄电池接近充满电压时，为了保证蓄电池电压的平稳，防止过充或震荡对蓄电池造成损害，管理模块根据PI算法，定周期调整一个充电模块充电PwM的占空比。其软件程序流程如图5所示。

图5 充电控制策略软件流程

4 系统测试

试验总共有7个节点投入运行，包括1个管理模块和6个额定充电电流为30 A的充电模块。用6个直流恒压源代替太阳能电池板，蓄电池为额定电压48 V、容量200 Ah的铅酸蓄电池。通过管理模块设定浮充电压54．8 V，均衡电压58．6 V，均衡充电时长为30 min。在测试中，为能够投入更多的充电模块，采用40 A电子负载持续给蓄电池放电。

通过管理模块，可实时查看充电过程中各充电模块的充电状态信息。当未达到浮充电压时，管理模块发送命令，依次切人充电模块1～6；当接近浮充电压时，管理模块依次切出充电模块3—6，开始调整充电模块2的充电PWM占空比，使蓄电池电压维持在浮充电压。通过增大电子负载电流，给蓄电池放电，使其电压低于设定的均衡充电电压阈值，此时管理模块自动设定目标充电电压为均衡电压；均衡充电完成后，自动设定充电目标电压为浮充电压。当蓄电池电压维持在浮充状态时，充电PWM信号示意图如图6所示。

图6 浮充状态充电PWM信号示意图

5 结语

针对独立光伏发电系统中对蓄电池保护不足、充电质量、效率低下的问题，应用CAN总线构建了一种模块化独立光伏发电控制系统，实现了光伏发电系统多节点、高速、高可靠性的网络互连。多个充电模块在管理模块控制下，协同对蓄电池稳定、可靠地充电，并通过所设计的充电控制策略，增强了对蓄电池的保护。试验表明，该系统运行稳定、发电效率高，充电过程中蓄电池电压平稳，有利于延长蓄电池使用寿命。